等离子体纳米棒与二聚体手性分子传感：从半胱氨酸单分子层到多层壳结构的精准调控

编辑推荐：针对手性分子检测灵敏度低的难题，德国研究团队通过精确调控pH和缓冲条件，利用金纳米棒(AuNRs)单体和二聚体实现了半胱氨酸(Cys)从单层、双层到多层壳结构的可控组装。研究发现AuNR二聚体可将圆二色性(CD)信号增强8倍，单体亦可检测单分子层Cys。该研究为手性传感技术提供了新思路，发表于《npj Biosensing》。

　　

手性现象在生物医药领域至关重要，如同左右手无法完全重合的镜像关系，手性分子的两种对映体（如L型和D型）可能产生截然不同的生物效应。例如某种药物的有效成分可能仅存在于一种对映体中，而另一种则可能具有毒性。目前检测手性分子的主要技术——圆二色性(CD)光谱法存在信号弱、灵敏度低的瓶颈，特别是在紫外波段检测时易受干扰。金纳米棒(AuNRs)因其独特的等离子体共振特性，为增强手性光学信号提供了新思路，但以往研究多聚焦于长链纳米结构组装，其制备过程复杂且耗时。

德国研究团队在《npj Biosensing》发表的研究突破了这一局限。通过精确控制pH值和缓冲条件，实现了从单分子层到多层壳结构的半胱氨酸(Cys)精准组装。研究发现：1）AuNR二聚体在盐环境中仅需10分钟即可形成，CD信号增强达8倍（从2.2 mdeg提升至17.5 mdeg），效果堪比长链结构；2）单体AuNRs通过pH调控和还原剂TCEP（三(2-羧乙基)膦）处理，可特异性检测Cys单层、双层（通过静电相互作用）及多层（通过二硫键形成）；3）实验与有限元法(FEM)模拟结果高度吻合，证实10 nm厚手性分子层可产生显著差分吸收截面Δσ^abs。

关键技术方法包括：1）种子介导法合成CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）包被的AuNRs（45±0.6 nm直径，120±1.5 nm长度）；2）通过NaCl浓度调控二聚体形成；3）采用CD光谱仪（Chirascan V100）和透射电镜(TEM)表征组装结构；4）COMSOL Multiphysics模拟手性分子层光学响应。

"手性组装体的结构特性"部分揭示：TEM显示盐浓度0.8 mM时二聚体占比达36%，而1.6 mM时随机聚集导致信号衰减。"单层到多层Cys壳结构"实验证实：碱性pH（>pK_a^NH₂=10.78）促进单层形成，TCEP切断二硫键后实现双层精确控制，多层结构CD信号强度可达30 mdeg。特别值得注意的是，当L-Cys单层与D-Cys双层形成外消旋结构时，CD信号近乎归零，验证了层间手性抵消效应。

该研究颠覆了"长链结构才能产生强CD信号"的传统认知，提出二聚体作为高效手性传感平台的新范式。其意义在于：1）开发出快速（10分钟）、稳定的二聚体组装策略；2）首次实现pH/TCEP调控的Cys分子层精准构筑；3）为药物手性分析、神经代谢研究（Cys参与脑功能调节）提供新工具。研究团队指出，未来可通过优化纳米结构间距进一步提升灵敏度，推动等离子体手性传感技术在生物标志物检测等领域的应用。